Beim Vergleich von Batterie-elektrischen Fahrzeugen und Verbrennerfahrzeugen ist ein sehr wichtiges Thema die Effizienz (oder der Wirkungsgrad) des Prozesses, der verwendet wird, um die Bewegung des Fahrzeuges zu erzeugen.

Um den Wirkungsgrad dieser Prozesse zu vergleichen, wird eine sogenannte Well-to-Wheel-Analyse (wörtlich übersetzt: Quelle-bis-Rad-Analyse) verwendet. Dabei analysiert man den Prozess von der Energiequelle bis zum Rad des Fahrzeuges. Auf diese Weise berücksichtigen wir die gesamte Energiekette und vergleichen auf faire Weise. Das Ergebnis dieser Analyse zeigt, dass Batterie-elektrische Autos effizienter sind als Autos mit Wasserstoff-Brennstoffzellen, die wiederum effizienter sind als Verbrennerfahrzeuge.

Effizienz von Verbrennerfahrzeugen

Zunächst betrachten wir die Well-to-Wheel-Effizienz von Verbrennerfahrzeugen. Diese setzt sich aus folgenden Wirkungsgraden zusammen:

• Die Erzeugung und Bereitstellung fossiler Kraftstoffe (Benzin und Diesel) aus Erdöl erfolgt bei Wirkungsgraden bis 85 %,

Die gesamte Well-to-Wheel-Effizienz von Autos mit fossilen Brennstoffen beträgt: 100 % * 85 % * ~20 % = ~17%.

Effizienz von Batterie-elektrischen Fahrzeugen

Bei Batterie-elektrischen Autos setzt sich die Well-to-Wheel-Effizienz aus folgenden Wirkungsgraden zusammen:

• Die elektrische Energie, die von Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen (Kohle / Methan) und erneuerbaren Energien (Wind, Wasser, Sonne) erzeugt wird. Dieser Wirkungsgrad betrug in Deutschland im Jahr 2020: 52 %,

Die gesamte Well-to-Wheel-Effizienz (mit Strom aus Kohle generiert) beträgt: 100 % * 52 % * 94,3 % * 95 % * 95 % = ~ 44 %, wobei diese mit zunehmender Nutzung erneuerbarer Energiequellen (Wind, Wasser, Sonne) steigt.

Die gesamte Well-to-Wheel-Effizienz von Batterie-elektrischen Autos (unter Verwendung lokaler Fotovoltaikanlagen und erneuerbarer Quellen) beträgt: 100 % * 90 % * 95 % * 95 % * 95 % = ~ 77 %.

Effizienz von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugen

Der Well-to-Wheel-Wirkungsgrad von Wasserstoff-Brennstoffzellenautos setzt sich zusammen aus dem Wirkungsgrad von:

• Wasserstofferzeugung mittels „Steam Methan Reforming“ (SMR): ~70 %. 2019 wurden so mehr als 90 % des gesamten Wasserstoffs erzeugt.

Die gesamte Well-to-Wheel-Effizienz (mit SMR) beträgt: 70 % * 88 % * 60 % * 95 % * 95 % = ~ 33 %.

Der gesamte Well-to-Wheel-Wirkungsgrad von Brennstoffzellenautos (mit Elektrolyse) beträgt: 80 % * 88 % * 60 % * 95 % * 95 % = ~ 38 %.

Fazit

Batterie-Elektroautos sind viel effizienter als Autos mit fossilen Brennstoffen, selbst wenn sie den aktuellen Strommix (2020: 52 % aus regenerativen Quellen) nutzen. Bei Verwendung lokaler PV-Anlagen zum Laden der Batterie wird diese Effizienz noch besser. Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind selbst beim Einsatz von Elektrolyse weniger effizient als Batterie-elektrische Autos, aber immer noch fast doppelt so effizient wie Verbrennerfahrzeuge, die einen relativ schlechten Wirkungsgrad haben.

Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge sind mehr als 2,5-mal effizienter als Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen (44 % gegen 17 %). Darüber hinaus werden alle Batterie-elektrischen Autos gleichzeitig umweltfreundlicher, wenn mehr regenerative Energie zum Laden von Batterien verwendet wird. Der CO₂-Ausstoß von Autos, betrieben mit fossilen Brennstoffen, bleiben jedoch über ihre gesamte Lebensdauer gleich.

Der Faktor von 2,5 scheint viel zu sein, ist er aber nicht. Wenn elektrische Energie durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird, macht ein Kraftwerk dies aufgrund des größeren Maßstabs und der besseren katalytischen Möglichkeiten viel effizienter. Tatsächlich transportieren wir in Verbrennerfahrzeugen ein kleines, schweres und ineffizientes Kraftwerk. Katalysatoren sind relativ teuer, daher sind sie in Autos, bei denen die Kosten eine große Rolle spielen, nicht so gut wie in großen Kraftwerken. Tatsächlich wäre es besser, Diesel oder Benzin direkt in Kraftwerken zu verbrennen als in Fahrzeugen!